KR20140055217A - 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치 - Google Patents

지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일면에 따른 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치는 양단자와 음단자 및 접지를 구비하되 상기 양단자와 상기 음단자를 통해 교류 전원을 출력하는 교류 전원부와, 일단이 상기 양단자에 연결되며 타단이 상기 음단자와 연결되는 제1 커패시터와, 상기 제1 커패시터의 양단에 각각 직렬로 연결되는 인덕터들과, 양단이 상기 인덕터들과 각각 연결되는 제2 커패시터 및 상기 제2 커패시터와 병렬로 연결되어 상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 브릿지 다이오드를 구비하는 전원 변환부와, 상기 양단자와 상기 음단자 사이의 양단, 상기 양단자와 상기 접지 사이의 양단 및 상기 음단자와 상기 접지 사이의 양단 중 어느 하나의 양단에 있어서 써지가 발생된 경우 써지가 발생된 양단을 단락시키는 써지 보호부를 포함한다.

Description

지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치{APPARATUS OF POWER SUPPLY HAVING PROTECTION CIRCUIT FROM SURGE FOR SUPPLYING POWER FOR APPLIANCES AT SUBWAY SUBSTATION}
본 발명은 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 써지 보호회로를 구비하여 써지 발생시 순간 단락 방전 후 복귀로 내부 절연을 유지하고 안정적으로 전원을 공급하기 위한 써지 보호회로를 구비한 전원 장치에 관한 것이다.
종래기술은 안정적으로 외부로부터 교류 전원을 제공받는 것을 전제로 하여 전원 회로를 구성하므로 전원 장치에 있어서 써지(Surge)를 차단하지 못하고, 반도체의 집적도 상승에 따른 내부회로 폭감소로 선로 절연이 확보되지 않는다는 한계가 있다.
하지만, 지하철 등의 운행을 위한 지하철선 전원 공급 라인과 연결되는 변전소로부터 제공되는 전원은 지하철선 전원 공급 라인으로부터의 써지 발생으로 인한 영향으로 안정적이지 못하다.
써지는 짧은 시간 동안 급속히 전압이 증가하는 특성을 가지는 전기를 의미하여, 써지가 발생되어 회로를 통해 과전류 등이 흐르게 되면 회로가 파손될 수 있다.
한편, 써지에 따른 과전류를 차단하기 위한 종래기술로는 과전류보호장치, 대한민국 공개특허공보 10-1983-0002416에 구체적으로 개시되어 있다. 한편, 이러한 종래기술에 따르면, 써지 보호를 위한 구성으로 플립-플롭, 다수개의 게이트 및 제어회로를 구비하여야하여 회로를 구성하기 위한 면적이 커지고 회로동작시 전력 소모가 커진다는 한계가 있었다.
본 발명의 목적은, 써지 보호회로를 구비하여 써지 발생시 순간 단락 방전 후 복귀로 내부 절연을 유지하고 안정적으로 전원을 공급하기 위한 써지 보호회로를 구비한 전원 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일면에 따른 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치는 양단자와 음단자 및 접지를 구비하되 상기 양단자와 상기 음단자를 통해 교류 전원을 출력하는 교류 전원부와, 일단이 상기 양단자에 연결되며 타단이 상기 음단자와 연결되는 제1 커패시터와, 상기 제1 커패시터의 양단에 각각 직렬로 연결되는 인덕터들과, 양단이 상기 인덕터들과 각각 연결되는 제2 커패시터 및 상기 제2 커패시터와 병렬로 연결되어 상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 브릿지 다이오드를 구비하는 전원 변환부와, 상기 양단자와 상기 음단자 사이의 양단, 상기 양단자와 상기 접지 사이의 양단 및 상기 음단자와 상기 접지 사이의 양단 중 어느 하나의 양단에 있어서 써지가 발생된 경우 써지가 발생된 양단을 단락시키는 써지 보호부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 써지 보호회로에 의해 써지 발생시 순간 단락 방전 후 복귀로 내부 절연을 유지하고 안정적으로 전원을 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치를 나타내는 회로도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치에 있어서 써지 보호부를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치에 있어서 교류 전원부를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치를 포함하는 통신 모뎀을 도시한 블록도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치를 포함하는 통신 모뎀에 있어서 통신라인 써지 보호부를 도시한 회로도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 일 실시예에 따른 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치를 나타내는 회로도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치에 있어서 써지 보호부를 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치에 있어서 교류 전원부를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치(10)는 교류 전원부(100), 전원 변환부(200) 및 써지 보호부(300)를 포함한다.
교류 전원부(100)는 양단자와 음단자 및 접지를 구비하되 양단자와 음단자를 통해 외부로부터 제공받은 교류 전원을 출력한다.
여기서, 교류 전원부(100)는, 외부 전원을 제공받는 1차측 권선(110)과, 1차측 권선(110)과 기설정된 제1 권선비에 따라 상호 유도되며 외부의 부하와 연결되는 2차측 권선(130)과, 2차측 권선(130)과는 이격되며, 1차측 권선(110)과 기설정된 제2 권선비에 따라 상호 유도되는 3차측 권선(140)을 포함하되, 3차측 권선(140)의 양단을 통해 교류 전원을 출력하는 것일 수 있다.
즉, 교류 전원부(100)는 1차측 권선(110), 2차측 권선(130), 3차측 권선(140)으로 이루어지는 변압기(120)를 포함할 수 있다.
또한, 교류 전원부(100)는 접지(150)를 위한 단자와, 2차측 권선(130) 및 3차측 권선(140)에 있어서 정류를 위한 다이오드(131, 141)를 구비할 수 있다.
만약, 전술한 교류 전원부(100)와 같은 구조에 있어서, 2차측 권선(130)에 연결된 외부의 부하가 써지 발생을 야기시키는 특성을 가지는 경우(예를 들어서, 지하철의 운행에 필요한 전원의 공급으로 인해 지하철의 구동 또는 정차시에 써지가 발생됨에 따른 특성 등) 상호 유도를 통해 공급되는 3차측 권선(140) 양단에서의 교류 전원에도 2차측 권선(140)으로부터의 영향으로 인해 써지가 자주 발생될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치(10)는 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급에 있어서 써지 발생으로부터 회로를 보호하고 안정적인 전원을 공급할 수 있도록 한다.
전원 변환부(200)는 일단이 양단자에 연결되며 타단이 음단자와 연결되는 제1 커패시터(C1)와, 제1 커패시터(C1)의 양단에 각각 직렬로 연결되는 인덕터들(L1, L2)과, 양단이 인덕터들과 각각 연결되는 제2 커패시터(C2) 및 제2 커패시터(C2)와 병렬로 연결되어 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 브릿지 다이오드(D1-4)를 구비한다.
써지 보호부(300)는 양단자와 음단자 사이의 양단, 양단자와 접지 사이의 양단 및 음단자와 접지 사이의 양단 중 어느 하나의 양단에 있어서 써지가 발생된 경우 써지가 발생된 양단을 단락시킨다.
보다 상세하게는, 써지 보호부(300)는 제1 커패시터와 병렬로 연결되어 제1 커패시터 양단에서의 써지가 발생된 경우 제1 커패시터 양단을 단락시키는 제1 써지 보호부(311)와, 일단이 양단자와 연결되며 타단이 접지와 연결되되 양단자와 접지 사이에 써지가 발생된 경우 양단자와 접지 사이를 단락시키는 제2 써지 보호부(312)와, 일단이 음단자와 연결되며 타단이 접지와 연결되되 음단자와 접지 사이에 써지가 발생된 경우 음단자와 접지 사이를 단락시키는 제3 써지 보호부(313)를 포함한다.
한편, 제1 써지 보호부(311), 제2 써지 보호부(312) 및 제3 써지 보호부(313)를 형성하는 각각의 구성요소 및 작동원리는 동일하며, 본 명세서에 있어서 설명의 편의를 위해 전원 장치(10)의 회로에 있어서 다른 수동 소자들과의 연결관계에 따라 부호를 달리하여 표기하였으며, 기능면에서 공통이 있는 부분을 함께 설명하기 위해 써지 보호부(300)라 통칭될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 써지 보호부(311, 312, 313)는 절연체(31)와, 절연체(31) 양단에 각각 구비되며 도전체로 이루어지는 제1 터미널(32) 및 제2 터미널(33)과, 절연체(31)와 제1 터미널(32) 및 제2 터미널(33)의 상부면과 하부면에 각각 적층되며 내부에 전기 방전을 위한 가스가 충진된 가스 방전관(34)과, 제1 터미널(32) 및 제2 터미널(33)에 각각 접촉되어 전류가 도통되는 경로를 제공하는 도전성 와이어(35)를 포함한다.
전술한 구성에 따라 써지 보호부(311, 312, 313)는 제1 터미널(32)과 제2 터미널(33) 사이에 임계 전압값을 초과하는 전기가 인가되는 경우 가스 방전관(34)을 통하여 전기가 방전되어 제1 터미널(32)과 제2 터미널(33)간에 순간적으로 전기적인 단락이 이루어질 수 있다. 따라서, 써지 보호부(311, 312, 313)는 써지가 발생되지 않을 때는 전기적인 절연을 유지하면서도 써지가 발생되면 순간적으로 회로를 단락시켜 써지 발생으로부터 회로를 보호할 수 있게 된다.
또한, 제1 써지 보호부(311)는 제1 커패시터(C1) 양단을 써지 발생시 단락시키며, 제2 써지 보호부(312)는 양단자와 접지 사이에 써지가 발생된 경우 양단자와 접지 사이를 단락시키고, 제3 써지 보호부(313)는 음단자와 접지 사이에 써지가 발생된 경우 음단자와 접지 사이를 단락시키도록 하여, 제1 커패시터(C1)의 양단자측과 음단자측의 각각의 노드 사이 및 접지와 양단자, 음단자 간의 전기적 절연을 확보하면서도 써지 발생시 전기적으로 써지 보호부(311, 312, 313)를 단락시켜 과전류를 도통시키기 위한 폐회로를 구성할 수 있도록 한다.
한편, 각각의 써지 보호부(311, 312, 313)는, 교류 전원 및 부하의 특성을 고려하여 동작 전압 1볼트 내지 500볼트, 응답시간 0.001초 이하, 써지 전류내량 100 암페어 내지 3000 암페어의 특성을 가질 수 있다.
지하철 변전소에 사용되는 기기는 그 종류가 다양할 수 있으나 본 발명의 실시예들에 따른 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치는 통신 모뎀에도 적용이될 수 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치를 포함하는 통신 모뎀을 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치를 포함하는 통신 모뎀을 도시한 블록도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치를 포함하는 통신 모뎀에 있어서 통신라인 써지 보호부를 도시한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 통신 모뎀은 전원 장치(10)와, 통신모듈(20)과, 통신라인 써지 보호부(50)를 포함한다.
여기서, 전원 장치(10)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 장치(10)와 실질적으로 동일한 바 자세한 설명을 생략하도록 한다.
통신 모듈(20)은 전원 장치(10)로부터 직류 전원을 제공 받아 동작하며, 직렬 통신을 수행하여 데이터를 송수신하고, 송수신된 신호의 변조 및 복조를 수행한다.
통신 모듈(20)의 출력단은 직렬 통신을 수행하기 위하여 송신 단자인 Tx+ 및 Tx- 단자와 수신 단자인 Rx+ 및 Rx- 단자로 이루어질 수 있다.
통신라인 써지 보호부(50)는 통신 모듈(20)의 출력단에서 발생될 수 있는 써지로부터 회로를 보호한다.
통신라인 써지 보호부(50)의 구체적인 회로도는 도 5에 나타난 바와 같다.
도 5를 참조하면, 통신라인 써지 보호부(50)는 송신 단자인 Tx+ 및 Tx- 단자와 수신 단자인 Rx+ 및 Rx- 단자를 구비한 접속 단자(700)를 포함하며, 통신 모듈의 Tx+ 및 Tx- 단자와 Rx+ 및 Rx- 단자와 접속 단자(700)의 Tx+ 및 Tx- 단자와 Rx+ 및 Rx- 단자 사이를 각각 연결하는 선로 사이에 직렬 연결된 인덕터들(510, 520, 530, 540) 및 각각의 선로 사이에 위치한 써지 보호부(611, 612, 613, 621, 622, 623)을 포함한다.
선로와 써지 보호부(611, 612, 613, 621, 622, 623)의 연결관계 및 써지 보호부(611, 612, 613, 621, 622, 623)를 이루는 각각의 구성요소 및 동작원리는 본 발명의 일 실시예에 따른 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치에 있어서 써지 보호부(311, 312, 313)와 실질적으로 동일한 바 자세한 설명을 생략한다.
전술한 구성에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치를 포함하는 통신 모뎀은 써지 발생에 강인한 특성을 가질 수 있으며, 써지 발생시에도 데이터를 안정적으로 송수신할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 양단자와 음단자 및 접지를 구비하되 상기 양단자와 상기 음단자를 통해 교류 전원을 출력하는 교류 전원부;
    일단이 상기 양단자에 연결되며 타단이 상기 음단자와 연결되는 제1 커패시터와, 상기 제1 커패시터의 양단에 각각 직렬로 연결되는 인덕터들과, 양단이 상기 인덕터들과 각각 연결되는 제2 커패시터 및 상기 제2 커패시터와 병렬로 연결되어 상기 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 브릿지 다이오드를 구비하는 전원 변환부; 및
    상기 양단자와 상기 음단자 사이의 양단, 상기 양단자와 상기 접지 사이의 양단 및 상기 음단자와 상기 접지 사이의 양단 중 어느 하나의 양단에 있어서 써지가 발생된 경우 써지가 발생된 양단을 단락시키는 써지 보호부;
    를 포함하는 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 써지 보호부는
    절연체와, 상기 절연체 양단에 각각 구비되며 도전체로 이루어지는 제1 터미널 및 제2 터미널과, 상기 절연체와 상기 제1 터미널 및 제2 터미널의 상부면과 하부면에 각각 적층되며 내부에 전기 방전을 위한 가스가 충진된 가스 방전관과, 상기 제1 터미널 및 제2 터미널에 각각 접촉되어 전류가 도통되는 경로를 제공하는 도전성 와이어를 포함하는 것
    인 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 써지 보호부는,
    동작 전압 1볼트 내지 500볼트, 응답시간 0.001초 이하, 써지 전류내량 100 암페어 내지 3000 암페어의 특성을 가지는 것
    인 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 써지 보호부는,
    상기 제1 커패시터와 병렬로 연결되어 상기 제1 커패시터 양단에서의 써지가 발생된 경우 상기 제1 커패시터 양단을 단락시키는 제1 써지 보호부;
    일단이 상기 양단자와 연결되며 타단이 상기 접지와 연결되되 상기 양단자와 상기 접지 사이에 써지가 발생된 경우 상기 양단자와 상기 접지 사이를 단락시키는 제2 써지 보호부; 및
    일단이 상기 음단자와 연결되며 타단이 상기 접지와 연결되되 상기 음단자와 상기 접지 사이에 써지가 발생된 경우 상기 음단자와 상기 접지 사이를 단락시키는 제3 써지 보호부를 포함하는 것
    인 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 교류 전원부는,
    외부 전원을 제공받는 1차측 권선과, 상기 1차측 권선과 기설정된 제1 권선비에 따라 상호 유도되며 외부의 부하와 연결되는 2차측 권선과, 상기 2차측 권선과는 이격되며, 상기 1차측 권선과 기설정된 제2 권선비에 따라 상호 유도되는 3차측 권선을 포함하되, 상기 3차측 권선의 양단을 통해 교류 전원을 출력하는 것
    인 지하철 변전소에 사용되는 기기의 전원 공급용 써지 보호 회로를 구비한 전원 장치.
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